[發(fā)明專利]碳系材料以及具有該碳系材料的電極和微生物燃料電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201680089721.1
• 申請日: 2016-09-30
• 公開（公告）號: CN109792061A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 釜井亮;吉川直毅;北出祐基
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/96
• 分類號: H01M4/96;H01M8/16
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 劉鳳嶺;陳建全

本發(fā)明涉及一種碳系材料(10)，其含有由膨脹石墨粒子(2)構(gòu)成的膨脹石墨片材(1)。另外，碳系材料含有摻雜于膨脹石墨粒子表面的、選自氮和硫之中的至少一種非金屬元素的非金屬原子或者非金屬離子。再者，碳系材料含有摻雜于膨脹石墨粒子表面的、選自周期表的8～11族元素之中的至少一種金屬元素的金屬原子或者金屬離子。另外，電極具有上述的碳系材料，微生物燃料電池具有上述的電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及碳系材料以及具有該碳系材料的電極和微生物燃料電池。詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及催化活性高、能夠更加容易地制造的碳系材料以及具有該碳系材料的電極和微生物燃料電池。

背景技術(shù)

下述所示的氧還原反應(yīng)是H₂/O₂燃料電池、食鹽電解等中的正極反應(yīng)，在能量轉(zhuǎn)換電化學(xué)裝置等中是重要的。

O₂+4H⁺+4e^－→2H₂O

另外，該氧還原反應(yīng)的逆反應(yīng)即下述的氧生成反應(yīng)作為水的電解等中的負(fù)極反應(yīng)是重要的。

2H₂O→O₂+4H⁺+4e^－

在各種裝置中進(jìn)行氧還原反應(yīng)或者氧生成反應(yīng)的情況下，通常廣泛使用鉑、氧化釕、氧化銥等貴金屬作為催化劑。例如在專利文獻(xiàn)1中，開發(fā)了一種固體高分子形燃料電池的制造方法，其使用了在碳黑載體上擔(dān)載著選自鉑族金屬和鉑族合金之中的金屬粒子的金屬擔(dān)載催化劑。另外，還公開了如下的內(nèi)容：將包含上述催化劑和含氟離子交換樹脂的固體物質(zhì)粉碎，并將得到的粉末固定在由碳布等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層上。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2002-184414號公報

發(fā)明內(nèi)容

然而，在催化劑如專利文獻(xiàn)1那樣為粒子狀的情況下，需要耗費(fèi)用于使催化劑在氣體擴(kuò)散層等上固定化的勞力和時間。另外，為了將催化劑固定于氣體擴(kuò)散層等構(gòu)件上，需要含氟離子交換樹脂等粘結(jié)劑。不過，如果長時間使用氣體擴(kuò)散電極，則在由電極反應(yīng)生成的氧自由基物種等的作用下，粘結(jié)劑逐漸發(fā)生劣化。其結(jié)果是，存在的問題是氣體擴(kuò)散電極容易發(fā)生隨時間的劣化。

本發(fā)明是鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)所具有的課題而完成的。而且本發(fā)明的目的在于：提供催化活性高、能夠容易地制造、進(jìn)而可以抑制隨時間的劣化的碳系材料以及具有該碳系材料的電極和微生物燃料電池。

為了解決上述的課題，本發(fā)明的第一方式涉及一種碳系材料，其含有由膨脹石墨粒子構(gòu)成的膨脹石墨片材。另外，碳系材料含有摻雜于膨脹石墨粒子表面的、選自氮和硫之中的至少一種非金屬元素的非金屬原子或者非金屬離子。再者，碳系材料含有摻雜于膨脹石墨粒子表面的、選自周期表的8～11族元素之中的至少一種金屬元素的金屬原子或者金屬離子。

本發(fā)明的第二方式涉及一種碳系材料，其含有由膨脹石墨粒子構(gòu)成的膨脹石墨片材。另外，碳系材料含有化合物，所述化合物含有選自氮和硫之中的至少一種非金屬元素的非金屬原子或者非金屬離子、和選自周期表的8～11族元素之中的至少一種金屬元素的金屬原子或者金屬離子。而且該化合物擔(dān)載于膨脹石墨粒子的表面。

本發(fā)明的第三方式涉及一種電極，其具有上述的碳系材料。

本發(fā)明的第四方式涉及一種微生物燃料電池，其具有上述的電極。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的碳系材料的示意剖視圖。

圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池的示意圖。

圖3是表示實(shí)施例1的氣體擴(kuò)散電極的線性掃描伏安法的測定結(jié)果的圖。